CN112479420B - 一种基于静电纺纳米纤维膜的高效油水分离装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于静电纺纳米纤维膜的高效油水分离装置，包括前置过滤组件，前置过滤组件通过S型管连接油水分离过滤芯，油水分离过滤芯通过管道连接储水装置，储水装置连接使用终端；油水分离过滤芯包括由上到下设置的油水分离组件和杀菌吸附组件，油水分离组件包括由上到下设置的缓冲层和分离层，分离层包括由上到下依次设置的经过化学改性的超亲水‑水下超疏油纳米纤维膜、气凝胶、尼龙布和不锈钢网。本发明油水分离装置中的油水分离纳米纤维膜经过接枝改性处理，提高使用寿命的同时，拥有自清洁的效果。
Description
技术领域
本发明属于油水分离技术领域，涉及一种基于静电纺纳米纤维膜的高效油水分离装置。
背景技术
随着工业含油废水和漏油事件的频发，油水分离已经成为一个迫在眉睫的问题。传统的处理方法存在分离效率低、能耗大、易造成二次污染等缺点，膜分离技术的发展使得分离过程可以在常温下进行，且能耗低、分离效率高、不添加杂质，基本不会造成二次污染。
纳米纤维膜是分离膜的一种重要形式，与传统分离膜相比，纳米纤维膜具有比表面积大、密度低、孔隙率高、孔间结合性良好、易与纳米尺寸的活性物质结合等优异性能。可广泛应用于医用材料、精细过滤材料、吸油材料、保暖材料、电池隔膜以及空气净化等各个领域。
静电纺丝是一种高效制备获取纳米纤维膜的一种方式，通过静电纺丝技术制备的纳米纤维膜，拥有孔隙率高、比表面积大、通道连通性能好、结构参数可调等优点，可以通过控制纤维膜的表面能和粗糙度制得具有特殊浸润性的纳米纤维膜，以实现快速有效的油水分离，在油水分离领域有广阔的应用前景。
但是如果长期处理含表面活性剂和乳化油的油水混合物，静电纺丝制备的纳米纤维膜往往存在结构强度不够和抗污染能力差等问题，容易造成膜孔堵塞，导致重复利用率低和使用寿命短。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于静电纺纳米纤维膜的高效油水分离装置，解决了现有技术中存在的静电纺丝制备的纳米纤维膜使用寿命短和抗污染能力差的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种基于静电纺纳米纤维膜的高效油水分离装置，包括前置过滤组件，前置过滤组件通过S型管连接油水分离过滤芯，油水分离过滤芯通过管道连接储水装置，储水装置连接使用终端；油水分离过滤芯包括由上到下设置的油水分离组件和杀菌吸附组件，油水分离组件包括由上到下设置的缓冲层和分离层，分离层包括由上到下依次设置的经过化学改性的超亲水-水下超疏油纳米纤维膜、气凝胶、第三尼龙布层和第三不锈钢网层。
本发明的特点还在于：
分离层与水平线夹角为10°～30°。
分离层较低一端与缓冲层之间的油水分离过滤芯的侧壁上设有缺口，缺口上设有亲油疏水膜，缺口异于油水分离过滤芯一侧可拆卸连接有储油箱。
缓冲层包括尼龙布包裹的二氧化硅颗粒层和用于支撑的第二不锈钢网层。
杀菌吸附组件由经过抗菌处理的尼龙布包裹活性炭形成的活性炭层和用于支撑的第四不锈钢网层组成。
前置过滤组件包括由上到下设置的第一不锈钢网层和第一尼龙布层，前置过滤组件与S型管一端可拆卸连接。
S型管另一端螺纹连接油水分离过滤芯一端，油水分离过滤芯另一端螺纹连接管道。
储水装置内设有加压装置。
本发明的有益效果是：
1.本发明装置结构简单，油水分离效率高，仅靠重力就可以完成对含油污水的分离；
2.本发明装置中油水分离纳米纤维膜经过接枝改性处理，使用寿命提高的同时，拥有自清洁的效果；
3.通过本发明的装置，含油污水经过循环系统处理后能满足其它诸多场合的使用，可节约大量水资源。
附图说明
图1是本发明一种基于静电纺纳米纤维膜的高效油水分离装置的结构示意图。
图中，1.第一不锈钢网层，2.第一尼龙布层，3.S型管，4.尼龙布包裹的二氧化硅颗粒层，5.第二不锈钢网层，6.亲油疏水膜，7.储油箱，8.活性炭层，9.储水装置，10.加压装置，11.使用终端，12.第三不锈钢网层，13.第三尼龙布层，14.气凝胶，15.超亲水-水下超疏油纳米纤维膜。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种基于静电纺纳米纤维膜的高效油水分离装置，如图1所示，包括前置过滤组件，前置过滤组件包括由上到下设置的第一不锈钢网层1和第一尼龙布层2，第一不锈钢网层1和第一尼龙布层2通过卡套套接(卡套为中空圆柱体，一端开口且内壁设有螺纹，另一端设有小于直径的圆形开口) 并与S型管3一端螺纹连接，S型管3另一端螺纹连接油水分离过滤芯一端，油水分离过滤芯包括由上到下设置的油水分离组件和杀菌吸附组件，油水分离组件包括由上到下设置的缓冲层和分离层，缓冲层包括由尼龙布包裹的二氧化硅颗粒层4和用于支撑的第二不锈钢网层5，分离层包括由上到下依次设置的经过化学改性的超亲水-水下超疏油纳米纤维膜15、气凝胶14、第三尼龙布层13和第三不锈钢网层12，分离层与水平线夹角为10°～30°，分离层较低一端与缓冲层之间的油水分离过滤芯的侧壁上设有缺口，缺口上设有亲油疏水膜6，缺口异于油水分离过滤芯一侧可拆卸连接有储油箱7，杀菌吸附组件由经过抗菌处理的尼龙布包裹活性炭形成的活性炭层8和用于支撑的第四不锈钢网层组成，油水分离过滤芯另一端螺纹连接管道，管道连接储水装置9，储水装置9内设有加压装置10，储水装置9连接使用终端11。
本发明一种基于静电纺纳米纤维膜的高效油水分离装置中主要部件的作用分别如下：
前置过滤组件用于过滤细小的颗粒杂质，可拆卸结构可以便于更换；
S型管作用为：含油污水通过前置过滤组件后流入S型管，在接触油水分离组件前降低水流的流速，以减少含油污水对纳米纤维膜的直接冲击，延长纳米纤维膜的使用寿命；
分离层中表层是经过化学改性的超亲水-水下超疏油纳米纤维膜，抗污能力和化学稳定性得到显著提高；芯层是由气凝胶制成，其是由静电纺疏水纤维和亲水纤维组成的纳米纤维气凝胶，纤维在内部相互穿插交织，形成互穿结构，并加之丰富的多孔结构，能够加大水通量，提高分离效率；下层是由尼龙布和不锈钢网组成，对分离层提供支撑；
杀菌吸附组件用于进一步对油水分离后的水进行吸附杀菌；
加压装置用于将经过处理的水加压供相关场合使用；
在油水分离装置中，分离采用的纳米纤维膜是采用超亲水材质，在分离完成后油因为分离膜的超亲水-水下疏油性质无法通过而残留在分离膜表面，为了高效地收集油料，油水分离膜设置了一个角度，与水平线夹角约 10°～30°，油滴会顺着角度向下滑落在分离膜的较低一端，该端与缓冲层之间的油水分离过滤芯的侧壁上设有缺口，缺口上设有亲油疏水膜，允许油滴通过，缺口异于油水分离过滤芯一侧可拆卸连接有储油箱，完成油料回收，储油箱为小型卡槽设计，便于拆卸和更换；
本发明的一种基于静电纺纳米纤维膜的高效油水分离装置，其工作原理如下：含油污水进入本发明的装置后，先在前置过滤组件的作用下过滤掉细小的颗粒杂质，然后含油污水在S型管的作用下，在接触油水分离膜前降低水流的流速，进入油水分离过滤芯中，先在尼龙布包裹的二氧化硅颗粒层的作用下进一步缓冲流速，然后进入分离层，经过化学改性的超亲水-水下超疏油纳米纤维膜具有显著的抗污能力和化学稳定性，气凝胶层中的疏水纤维和亲水纤维的互穿结构以及存在的丰富多孔结构能够加大水通量，提高分离效率，尼龙布和不锈钢网层对分离层提供支撑，分离层设置与水平线夹角 10°～30°，油水分离后的油滴流过亲油疏水膜进入储油箱，储油箱可拆卸设置可以随时更换，最后在杀菌吸附组件作用下进行吸附杀菌后进入储水装置，经过处理的水由加压装置加压供相关场合使用。
实施例1
首先在本发明装置中加入少量水对装置进行浸润，将250mL的柴油与 1000mL的水溶液混合，制成柴油-水混合物，利用本装置进行油水分离，过滤效果良好，分离效率达99％，水通量约为1215～1500L·m-2·h-1.
实施例2
首先在本发明装置中加入少量水对装置进行浸润，将250mL的植物油(相较于柴油粘稠)与1000mL的水溶液混合，制成植物油-水混合物，利用本装置进行油水分离，过滤效果良好，分离效率达99％，水通量约为1190～ 1362L·m-2·h-1.
实施例3
首先在本发明装置中加入少量水对装置进行浸润，将25mL的柴油与 1000mL的水溶液混合，加入10mL吐温80，以100r/min搅拌乳化，制成水包油型乳剂，利用本装置进行油水分离，过滤效果良好，分离效率达99％，水通量约为730～981L·m-2·h-1。
Claims (7)
1.一种基于静电纺纳米纤维膜的高效油水分离装置，其特征在于，包括前置过滤组件，所述前置过滤组件通过S型管（3）连接油水分离过滤芯，所述油水分离过滤芯通过管道连接储水装置（9），所述储水装置（9）连接使用终端（11）；所述油水分离过滤芯包括由上到下设置的油水分离组件和杀菌吸附组件，所述油水分离组件包括由上到下设置的缓冲层和分离层，所述分离层包括由上到下依次设置的经过化学改性的超亲水-水下超疏油纳米纤维膜（15）、气凝胶（14）、第三尼龙布层（13）和第三不锈钢网层（12）；
所述分离层与水平线夹角为10°～30°；
所述气凝胶（14）是由静电纺疏水纤维和亲水纤维组成的纳米纤维气凝胶，纤维在内部相互穿插交织，形成互穿结构和丰富的多孔结构。
2.根据权利要求1所述的一种基于静电纺纳米纤维膜的高效油水分离装置，其特征在于，所述分离层较低一端与缓冲层之间的油水分离过滤芯的侧壁上设有缺口，所述缺口上设有亲油疏水膜（6），所述缺口异于油水分离过滤芯一侧可拆卸连接有储油箱（7）。
3.根据权利要求1所述的一种基于静电纺纳米纤维膜的高效油水分离装置，其特征在于，所述缓冲层包括由尼龙布包裹的二氧化硅颗粒层（4）和用于支撑的第二不锈钢网层（5）。
4.根据权利要求1所述的一种基于静电纺纳米纤维膜的高效油水分离装置，其特征在于，所述杀菌吸附组件由经过抗菌处理的尼龙布包裹活性炭形成的活性炭层（8）和用于支撑的第四不锈钢网层组成。
5.根据权利要求1所述的一种基于静电纺纳米纤维膜的高效油水分离装置，其特征在于，所述前置过滤组件包括由上到下设置的第一不锈钢网层（1）和第一尼龙布层（2），所述前置过滤组件与S型管（3）一端可拆卸连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于静电纺纳米纤维膜的高效油水分离装置，其特征在于，所述S型管（3）另一端螺纹连接油水分离过滤芯一端，所述油水分离过滤芯另一端螺纹连接管道。
7.根据权利要求1所述的一种基于静电纺纳米纤维膜的高效油水分离装置，其特征在于，所述储水装置（9）内设有加压装置（10）。
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